[发明专利]面向复杂观测任务的多平台联合任务规划方法

说明书

本发明提供了一种面向复杂观测任务的多平台联合任务规划方法，通过对复杂观测任务进行预处理，得到与地理网格相对应的若干个子任务，然后构建多平台联合任务规划模型，并将步骤1中预处理后的若干个子任务代入多平台联合任务规划模型进行求解，根据求解结果，输出复杂观测任务分解在每一个观测平台的任务序列，本发明通过把任务预处理、最优化建模、群智能和机器学习有机结合，使复杂问题得到了简化，实验表明，通过本发明可将面向复杂观测任务的多平台联合任务规划时间由小时级缩短到分钟级，有效提升了多类型观测平台的规划效率。

技术领域

本发明属于任务规划调度领域，尤其涉及一种面向复杂观测任务的多平台联合任务规划方法。

背景技术

随着计算机、航天与无人技术不断的突破，对地观测卫星、飞行器、海上舰船、地面车辆等多类型平台都具备搭载精密观测载荷的能力，各平台在观测模式、覆盖范围、持续时间、机动速度、运行成本上各具优势，共同承担起了重要观测任务。针对人们日益增长、日益复杂的数据获取需求，得益于多种观测手段的信息采集能力，气象预报、抗灾减灾、环境保护、地质测绘、海面搜救等活动的效率得到了显著提升。

其中，卫星观测平台是一种高效可靠的侦察手段，我国在太空中拥有较多卫星资源，利用组网的电子侦察卫星扫描观测星下点附近的电磁信号，依靠光学成像卫星对指定目标进行详查，实现对气象业务、环境观测、防灾减灾、大气科学、海洋勘探等任务的全天候观测。此类观测方法具有覆盖区域广，回访时间短以及目标识别度高等优点。但仅仅依靠卫星观测手段存在很大的不足与缺陷：(1)由于精度的限制，只能近似判断目标类型，容易导致误判产生安全隐患；(2)卫星周期性绕轨道运作，对特定区域具有较长的观测盲区；(3)卫星载荷具有使用限制，尤其是电量与固存约束制约了卫星观测次数。综上分析，仅依靠卫星，对目标的时间覆盖率不足，同时受气象条件、光照条件、地形条件的影响较为苛刻，因而需要其他观测设备与其进行协同观测。

无人机作为飞行器平台的重要力量，近年来发展迅速，无人机已经被广泛应用执行观测任务，可对远距离的目标进行有效地探测、识别和跟踪，相比于固定轨道飞行的卫星更为灵活，观测效果好，可以作为卫星观测的重要补充资源。它可携带机载可见光相机、红外相机以及合成孔径雷达等探测器，飞临目标上空区域，对目标进行持续侦察观测，以搜集指定区域的目标图像信息，通过无线电传输方式实时或延时传回地面接收站。相比于卫星观测，无人机观测灵活性大，可长时间驻留在目标上空，对目标进行持续跟踪拍摄。但无人机观测也有自身不足与缺陷：无人机相比卫星，传感器探测半径小，不能依靠自身展开大范围的搜索，通常需要通过其他手段获取目标的大致信息，先搜索目标然后转入跟踪观测。

作为传统观测手段，地面和海上观测平台的重要性也不容忽视，能够以更低的成本携带更多的观测载荷，一般能够携带光学观测系统，声学侦察系统，雷达侦察系统及无线电通讯侦察系统，能较长时间在陆地或海洋上对目标进行持续观测，但其侦察活动受地形地貌、海洋水文气象条件影响较大，对观测目标的引导信息要求较高。

随着多种观测平台的快速发展，灾区搜救、勘探测绘、反恐防暴、军事侦察等领域对观测能力提出了更加严格的需求，同时观测任务也越来越复杂，区域目标搜索、移动目标跟踪、多目标共视等复合任务的要求被相继提出。而从单平台观测能力上看，卫星资源过顶周期长，一次观测时间有限，在观测过程中易丢失目标；飞行器基地距离目标较远，如果不能够提供有效的先验信息，将会增加其搜索难度，浪费搜索资源；舰船的机动能力有效，完成观测任务的时效性不高。单一平台各有利弊，如何将多类平台联合起来，统一规划成为了一个亟待解决的问题。

通过对各类平台的统一管控，集中管理多种观测载荷资源，完成过去很难完成或者不能完成的观测任务，多类观测平台的主要的协同方式分为两种：按目标和按区域，如图1所示。在传统的单平台任务规划中，研究重点在于如何花费最小的时间代价找到最优的规划方案，但是多平台联合任务规划中，各平台观测方式差异较大，需要根据各平台的观测能力和复杂任务的特性来制定最佳的观测组合，这导致了问题的决策维度的增加，怎样在有限的时间内快速将观测需求安排至多个观测平台上成为研究难点。

发明内容